LA系アスファルト固化体の詰め替え技術の検討 - …JAEA-Technology 2014-039 LA...

日本原子力研究開発機構

December 2014

Japan Atomic Energy Agency

JAEA-Technology

2014-039

LA系アスファルト固化体の詰め替え技術の検討

Development of Refilling Techniques of LA-type Bituminized Waste Products

入澤啓太　小松崎利夫　川戸喜実　原哲朗

中澤修　目黒義弘

Keita IRISAWA, Toshio KOMATSUZAKI, Yoshimi KAWATO, Tetsuro SAKAKIBARAOsamu NAKAZAWA and Yoshihiro MEGURO

バックエンド研究開発部門

核燃料サイクル工学研究所

環境技術開発センター

基盤技術研究開発部

Radioactive Waste Processing and Disposal Research DepartmentNuclear Backend Technology Center

Nuclear Fuel Cycle Engineering LaboratoriesSector of Decommissioning and Radioactive Waste Management

http://www.jaea.go.jp

319-1195 2 4029-282-6387, Fax 029-282-5920, E-mail:[email protected]

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JAEA-Technology 2014-039

LA 系アスファルト固化体の詰め替え技術の検討

日本原子力研究開発機構バックエンド研究開発部門核燃料サイクル工学研究所

環境技術開発センター基盤技術研究開発部

入澤啓太、小松崎利夫※1、川戸喜実、榊原哲朗、中澤修、目黒義弘

(2014 年 10 月 30 日受理)

東海再処理施設で製作された LA 系アスファルト固化体は 200 L ドラム缶内に封入されてお

り、アスファルト固化体貯蔵施設に 13,296 本収納されている。LA 系アスファルト固化体の処

分に向け、処分場設置スペースの効率化を図るための減容化策の一つとして、200 L ドラム缶

からアスファルト固化体を角型容器に詰め替えるための要素技術を検討した。詰め替え工程と

して、(1) ドラム缶からのアスファルト固化体の取り出し、(2) ポストフィリング部の分離、(3)

角型容器への充填といった一連の工程を考案し、個々の工程に対して 2 通りの操作方法を検討

し、それぞれの技術の作業効率等を調べた。

(1) 100 °C 及び 150 °C で固化体を軟化させ容器を傾けて取り出す方法と低温においてドラム

缶を切断し引き剥がして取り出す方法を検討した。前者では、少なくとも約 20wt%のアス

ファルト固化体が容器に付着することがわかった。後者では、10 °C 以下でドラム缶を切断

し引き剥がすことによって、容易に約 100wt%のアスファルト固化体を回収できた。

(2) 平刃によって切断する方法と掘削用工具によって破砕する方法を検討した。前者では、2

時間で切断できたが、切断装置へのアスファルト固化体の付着が観測された。後者では、

0 °C 以下で容易に破砕できることがわかった。アスファルト固化体の温度の低下に伴い、

器具への付着量を低減できることがわかった。

(3) 温度を上げ軟化させて充填する方法と圧力をかけ圧縮させて充填する方法を検討した。前

者と後者における充填率はそれぞれ 100wt%、98.8wt%であり、充填後のアスファルト固

化体の体積は理想的に充填された場合よりそれぞれ 6vol%、2vol%大きかった。圧縮による

充填法が加熱による充填法よりも作業効率の点で優れていたが、圧縮装置へのアスファル

トの付着を低減させて、繰り返し操作性を向上させる対策が必要であることがわかった。

核燃料サイクル工学研究所：〒319－1194 茨城県那珂郡東海村村松 4－33※1 技術開発協力員

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Development of Refilling Techniques of LA-type Bituminized Waste Products

Keita IRISAWA, Toshio KOMATSUZAKI※1, Yoshimi KAWATO, Tetsuro SAKAKIBARA,Osamu NAKAZAWA and Yoshihiro MEGURO

Radioactive Waste Processing and Disposal Research Department,Nuclear Backend Technology Center, Nuclear Fuel Cycle Engineering Laboratories,

Sector of Decommissioning and Radioactive Waste Management,Japan Atomic Energy Agency

Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki-ken

(Received October 30, 2014)

In JAEA, 13,296 drums of low-radioactivity bituminized waste products (BWPs) havebeen stored in asphalt solidification storages. In order to effectively utilize the space of theBWP in a repository site, refilling techniques of the BWP from the drum to a box-shapedcontainer were studied. Tentative processes, which we devised, consisted of (1) take-off ofBWP from the drum, (2) separation of a post filling part from BWP and (3) refilling of BWPto a box-shaped container. Two methods for each process were selected, and workefficiencies of the methods were investigated by using a synthetic BWP.(1) Two take-off methods: one was falling down of the BWP from the drum at high

temperature such as 100 °C and 150 °C, and the other was removing the cut drum fromthe BWP at low temperature. In the former case, it was found that at least 20wt% of theBWP was attached on the container. In the latter case, ca. 100wt% of the BWP waseasily recovered by cutting and peeling the drum below 10 °C.

(2) Two separation methods: one was cutting off the post filling part by using a flat blade,and the other was crushing the post filling part by using a mechanical hammer. In theformer case, the BWP could be cut in 2 h, but it was observed that some BWP wasattached on the blade. In the latter case, it was found that the post filling part waseasily crushed from the BWP below 0 °C.

(3) Two filling methods: one was filling the softened BWP by heating, and the other waspressure filling. In the both method, filling rates of the BWP were 100wt% and 98.8wt%,respectively. Volume of the BWP after the filling tests increased 6vol% and 2vol%compared to theoretical volume, respectively.

Keywords: Bituminized Waste Product, Volume Reduction, Refilling, Separation※1 Collaborating Engineer

目次

1. 緒言 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12. 模擬アスファルト固化体 ---------------------------------------------------------------------------------- 4

2.1 模擬アスファルト固化体の物性 ------------------------------------------------------------------- 42.2 模擬アスファルト固化体の温度変化 ------------------------------------------------------------- 6

3. アスファルト固化体の取り出し ------------------------------------------------------------------------- 83.1 固化体流下法 ------------------------------------------------------------------------------------------- 8

3.1.1 取り出し状況 ------------------------------------------------------------------------------------ 83.1.2 結果と考察 --------------------------------------------------------------------------------------- 9

3.2 容器切断法 --------------------------------------------------------------------------------------------- 113.2.1 取り出し状況 ----------------------------------------------------------------------------------- 11

3.2.2 結果と考察 ------------------------------------------------------------------------------------- 133.3 まとめ -------------------------------------------------------------------------------------------------- 14

4. ポストフィリング部の分離 ----------------------------------------------------------------------------- 154.1 固化体切断法 ----------------------------------------------------------------------------------------- 15

4.1.1 切断状況 ---------------------------------------------------------------------------------------- 154.1.2 結果と考察 ------------------------------------------------------------------------------------- 16

4.2 固化体破砕法 ----------------------------------------------------------------------------------------- 184.2.1 破砕状況 ---------------------------------------------------------------------------------------- 184.2.2 結果と考察 ------------------------------------------------------------------------------------- 19

4.3 まとめ -------------------------------------------------------------------------------------------------- 195. 角型容器への充填 ----------------------------------------------------------------------------------------- 21

5.1 加熱充填法 -------------------------------------------------------------------------------------------- 215.1.1 加熱充填状況 ---------------------------------------------------------------------------------- 215.1.2 結果と考察 ------------------------------------------------------------------------------------- 21

5.2 圧縮充填法 -------------------------------------------------------------------------------------------- 235.2.1 圧縮状況 ---------------------------------------------------------------------------------------- 235.2.2 結果と考察 ------------------------------------------------------------------------------------ 24

5.3 まとめ -------------------------------------------------------------------------------------------------- 256. 結言 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 26謝辞 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 28参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28

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Contents

1. Introduction ------------------------------------------------------------------------------------------------- 12. Synthetic Bituminized Waste Product (BWP) ----------------------------------------------------- 4

2.1 Characteristic of Synthetic BWP ---------------------------------------------------------------- 42.2 Time Evolution of Temperature for Synthetic BWP -------------------------------------- 6

3. Recovery of Synthetic BWP ------------------------------------------------------------------------------ 83.1 Falling Down of Synthetic BWP ----------------------------------------------------------------- 8

3.1.1 Situation of Falling Down ------------------------------------------------------------------ 83.1.2 Results and Discussion --------------------------------------------------------------------- 9

3.2 Cutting and Peeling a Container ---------------------------------------------------------------- 113.2.1 Situation of Cutting and Peeling a Drum---------------------------------------------- 113.2.2 Results and Discussion ------------------------------------------------------------------- 13

3.3 Summary --------------------------------------------------------------------------------------------- 144. Separation of Post Filling Part------------------------------------------------------------------------ 15

4.1 Cutting of Synthetic BWP ------------------------------------------------------------------------ 154.1.1 Situation of Cutting Synthetic BWP -------------------------------------------------- 154.1.2 Results and Discussion --------------------------------------------------------------------- 16

4.2 Crushing of Synthetic BWP -------------------------------------------------------------------- 184.2.1 Situation of Crushing Synthetic BWP ------------------------------------------------- 18

4.2.2 Results and Discussion ------------------------------------------------------------------- 194.3 Summary --------------------------------------------------------------------------------------------- 19

5. Filling to Box-shaped Container -------------------------------------------------------------------- 215.1 Filling Synthetic BWP by Heating ----------------------------------------------------------- 21

5.1.1 Situation of Filling by Heating --------------------------------------------------------- 215.1.2 Results and Discussion --------------------------------------------------------------------- 21

5.2 Filling Synthetic BWP by Compressing ---------------------------------------------------- 235.2.1 Situation of Compressing Synthetic BWP ------------------------------------------ 235.2.2 Results and Discussion ------------------------------------------------------------------- 24

5.3 Summary --------------------------------------------------------------------------------------------- 256. Conclusions ------------------------------------------------------------------------------------------------ 26Acknowledgements -------------------------------------------------------------------------------------------- 28References ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 28

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表リスト

Table 2.1 アスファルト AD コンパウンドの仕様 ------------------------------------------------------ 4Table 2.2 模擬固化体と LA 系アスファルト固化体の物性値 --------------------------------------- 5

Table 3.1 固化体流下法による回収率 -------------------------------------------------------------------- 10

Table 3.2 150 °C、10.5 時間加熱操作前後の模擬固化体の物性値（25 °C） ----------------- 11

Table 3.3 容器切断法による回収率 ----------------------------------------------------------------------- 14Table 6.1 詰め替え技術のまとめ ------------------------------------------------------------------------- 26

図リスト

Fig. 1.1 角型容器にアスファルト固化体を含むドラム缶を直接収納した場合とドラム缶からアスファルト固化体を取り出し詰め替えた場合のイメージ図 -------------------------- 2

Fig. 1.2 模擬アスファルト固化体の詰め替え試験の工程と各々の操作方法 -------------------- 3Fig. 2.1 恒温槽内の模擬固化体（Φ27 cm × H27 cm）の温度経時変化 ------------------------- 6

Fig. 2.2 温度調整室内の模擬固化体（Φ57 cm × H23 cm）の温度経時変化 ------------------- 7

Fig. 4.1 切断時間と模擬固化体の切断位置の関係 --------------------------------------------------- 17Fig. 5.1 模擬固化体の高さ経時変化 --------------------------------------------------------------------- 22Fig. 5.2 恒温槽内及び模擬固化体内の温度経時変化 ------------------------------------------------ 22Fig. 5.3 圧縮圧力と模擬固化体の高さの関係 --------------------------------------------------------- 24Fig. 6.1 LA 系アスファルト固化体の詰め替え工程案 ----------------------------------------------- 27

写真リスト

Photo 3.1 100 °C 加熱操作の取り出し状況 ------------------------------------------------------------- 8

Photo 3.2 150 °C 加熱操作の取り出し状況 ------------------------------------------------------------- 9Photo 3.3 オ－トチゼラ ------------------------------------------------------------------------------------- 11Photo 3.4 10 °C における容器切断試験状況 ---------------------------------------------------------- 12Photo 3.5 －30 °C における容器切断試験状況 ------------------------------------------------------- 12Photo 3.6 40 °C における容器切断試験状況------------------------------------------------------------ 13Photo 4.1 切断試験装置外観 ------------------------------------------------------------------------------ 15Photo 4.2 模擬固化体の切断状況 ------------------------------------------------------------------------ 16

Photo 4.3 切断後の模擬固化体の形状 ------------------------------------------------------------------ 16

Photo 4.4 切断後の装置付着状況 ------------------------------------------------------------------------ 17

Photo 4.5 電動ハンマードリル --------------------------------------------------------------------------- 18

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Photo 4.6 －30 °C における破砕試験状況 ------------------------------------------------------------- 18Photo 4.7 電動ハンマーへの付着状況 ------------------------------------------------------------------ 19Photo 5.1 加熱充填状況 ------------------------------------------------------------------------------------ 21Photo 5.2 プレス装置とプレスと金型外観 ------------------------------------------------------------ 23Photo 5.3 圧縮試験状況 ------------------------------------------------------------------------------------ 24

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1. 緒言

東海再処理施設の操業によって発生した低レベル放射性廃液は、1982 年から 1997 年の間にアスファルトを用いて 200 L ドラム缶内に固化された。アスファルト固化体の製作工程において、アスファルトと硝酸塩等の混合物の充填が終了した 200 L ドラム缶は充填室内のコンベア上で自然放冷された。その後、ドラム缶上部空間にピュアアスファルトが 20 L ほど投入され、約 40 時間以上放冷した後に充填室からドラム缶が搬出された 1)。アスファルト固化体の上部にあるピュアアスファルトの部位がポストフィリング部と呼ばれる。低レベル放射性廃液の受け

入れ工程の違いに伴う放射性物質濃度が比較的高い MA 系と比較的低い LA 系に分類されており、約 3 万本のドラム缶（MA 系アスファルト固化体 16,671 本、LA 系アスファルト固化体13,296 本）が製作された 2)。それらは現在、第一及び第二アスファルト固化体貯蔵施設内に保管されている。MA 系アスファルト固化体は硝酸塩含有 TRU 廃棄物として地層処分される計画であり 3)、LA 系アスファルト固化体は余裕深度処分として埋設処分されると考えられる。

余裕深度処分では、処分容器として炭素鋼製の角型容器（外寸：縦 1.6 m × 横 1.6 m × 高さ1.6 m 又は高さ 1.2 m）を用いることが計画されている 4)。角型容器にアスファルト固化体を含むドラム缶を直接設置した場合とドラム缶からアスファルト固化体を取り出し詰め替えた場合

のイメージ図を Fig. 1.1 に示す。角型容器（外寸：縦 1.6 m × 横 1.6 m × 高さ 1.2 m）1 体に200 L ドラム缶のまま LA 系アスファルト固化体を 5 本収納すると、その場合 2,660 体（外容積 8,172 m3）の角型容器の処分スペースが必要である。200 L ドラム缶から LA 系アスファルト固化体を取り出して角型容器（外寸：縦 1.6 m × 横 1.6 m × 高さ 1.6 m、内寸：縦 1.5 m × 横1.5 m × 高さ 1.5 m）に効率的に充填すると、およそドラム缶 16 体に相当するアスファルト固化体を収納することが出来る。その場合、角型容器として 831 体（外容積：3,404 m3）となり、LA 系アスファルト固化体の余裕深度処分スペースを 4,768 m3 ほど低減できる。また、ポストフィリング部には放射性物質や NaNO3 等の塩が含まれておらず、アスファルト固化体からポストフィリング部を取り出すことができれば、必要とする処分スペースをさらに 10vol%ほど低減することができる。従って、Fig. 1.1 に示すように角型容器に LA 系アスファルト固化体を効率よく詰め替える処理技術を開発することは、処分スペースやコストの削減の観点から非

常に有効である。そこで、本検討では詰め替え工程を考案し、詰め替え操作時に必要な要素技

術の作業効率等を調べた。

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Fig. 1.1 角型容器にアスファルト固化体を含むドラム缶を直接収納した場合とドラム缶からアスファルト固化体を取り出し詰め替えた場合のイメージ図

模擬アスファルト固化体（以下、模擬固化体と略す）を用い、ドラム缶から角型容器に詰め

替える際の工程の要素技術として、(1) ドラム缶からのアスファルト固化体の取り出し、(2) ポストフィリング部の分離、(3) 角型容器への充填の 3 技術から成る工程を考え、それぞれの技術に対して 2 通りの操作方法を検討した。模擬固化体の詰め替え試験の工程と各々の操作方法を Fig. 1.2 に示す。なお、以降で述べるアスファルト固化体はドラム缶内のアスファルトと硝酸塩等の混合物及びポストフィリング部を示し、廃棄体としてのアスファルト固化体を含むド

ラム缶と区分した。

(1) ドラム缶からアスファルト固化体を取り出すために、ドラム缶を加熱してドラム缶内の模擬固化体を流し出す方法（固化体流下法）とドラム缶を切断して固化体からドラム缶を引

き剥がして取り出す方法（容器切断法）を検討し、ドラム缶から取り出せた模擬固化体の

回収率等を調べた。

(2) アスファルト固化体の上部にあるポストフィリング部（アスファルト混合物をドラム缶に充填した後、上部空間に充填されたピュアアスファルト）をアスファルト固化体から分離

するために、圧縮切断装置を用いてポストフィリング部を切断する方法（固化体切断法）

とアスファルト固化体を凍結させた後に掘削用工具を用いてポストフィリング部を破砕す

る方法（固化体破砕法）を検討し、作業効率等を確認した。

(3) アスファルト固化体を角型容器に充填するために、アスファルト固化体を加熱し軟化させて充填する方法（加熱充填法）と油圧式プレス装置を用いてアスファルト固化体を圧縮し

ながら充填する方法（圧縮充填法）を検討し、作業性等を確認した。

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Fig. 1.2 模擬アスファルト固化体の詰め替え試験の工程と各々の操作方法

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2. 模擬アスファルト固化体

2.1 模擬アスファルト固化体の物性東海再処理施設から発生した低レベル放射性廃液は、ブローンアスファルト AD コンパウン

ド（以下、AD コンパウンドと略す）と脱水・混合された。その当時、アスファルト固化体の製作に使用された AD コンパウンドは現在、生産が中止されており、入手することができない。そのため、1999 年に東海再処理施設で製作された AD コンパウンドと模擬廃液を脱水・混合した模擬アスファルト固化体 5)を入手し、使用した。この模擬固化体は本検討を実施するまでに

約 15 年間、大気中にて保管されていた。製作時における AD コンパウンドの仕様を Table 2.1に示す。

Table 2.1 アスファルト AD コンパウンドの仕様昭和シェル（株）製 AD コンパウンド

組成：飽和分 22.8wt%

芳香族成分 34.8wt%

レジン分 15.8wt%

アスファルテン分 26.8wt%

物性値：軟化点 (JIS K 2207) 85 ± 5 °C

針入度 (JIS K 2207) 40 ± 5 (0.1 mm）

引火点 (COC 法) >260 °C

伸度 (JIS K 2207) >3 cm

比重 (JIS K 2207) 1.025 ± 0.025 g/cm3

これまでにアスファルト固化体の物性値の評価に用いられてきた針入度、含水率、密度、塩

含有率に関して、以下の作業手順で調べた。

① 針入度

JIS K 2207 石油アスファルトの 6.3 針入度試験方法 6)に準拠して実施した。アルミニウム

製のサンプル容器（Φ55 mm × H34 mm）に採取した模擬固化体を充填し、150 °C の恒温槽に

静置し、固化体表面を平滑にした後、25 °C の恒温槽に入れ、一昼夜保温した。針入度試験装

置にサンプル容器を設置し、検定済みの針入度用針を用いて針入度を測定した。

② 含水率

JIS K 2275 原油及び石油製品－水分試験方法 7)に準拠して実施した。模擬固化体を 1 g 分

取した後、4 g のイソプロパノールと 10 g のトルエンを混合した溶剤を添加し、十分に溶解し

た。溶解液 100 g を採取し、カールフィッシャー式電量滴定装置を用いて溶液中の水分量を

測定し、その結果から擬固化体中の水分量を算出した。

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③ 密度

JIS K 2207 石油アスファルトの 6.12 密度試験方法（ハバード比重瓶法）6)に準拠して実施

した。模擬固化体（10 mm × 10 mm × 40 mm）を切り出し、ハバード比重瓶に入れ 15 °C に

おける模擬固化体の重量を秤量した。15 °C の純水をハバード比重瓶に添加し、あらかじめ測

定しておいたハバード比重瓶の容量から純水の容量を差し引いて模擬固化体の容量を求めた。

得られた重量と容量から模擬固化体の密度を算出した。

④ 塩含有率

数 g の模擬固化体を 200 mL ビーカに入れ、キシレンを約 100 mL 投入・撹拌し、模擬固化

体のアスファルト成分を溶解させた。ろ過によりアスファルトと固形分を分離し、ろ紙上に残

った固形分を乾燥後、秤量した。乾燥後の固形分重量と採取したサンプルの重量の重量比を求

め、模擬固化体の塩含有率を算出した。

測定した模擬固化体の物性値(2 , n = 2)を Table 2.2 に示す。実際の LA 系アスファルト固

化体との違いを把握するために、LA 系アスファルト固化体（キャンペーン 89-L24-3, 90-L25-1）

の物性値(2 , n = 4)1)と比較した。模擬固化体の針入度は、LA 系アスファルト固化体のそれと

比較して低く、含水率は高い値を示した。本模擬固化体は、アスファルトと模擬廃液の供給速

度を調整し、塩含有率が 45wt%より高くなるよう製作されたものであり 5)、そのことが今回の

測定でも確認できた。LA 系アスファルト固化体の塩含有率は 45 ± 3wt%であり、模擬固化体

の塩含有率よりも数 wt%塩を多く含んでいた。模擬固化体の針入度の低下は、若干高い塩含有

率の影響や保管期間において大気中の酸素によりアスファルト成分が劣化し硬化した 8)ことが

原因と考えられる。また、模擬固化体の含水率の増加は、金属容器内に保管されていたことか

ら水と直接接触したことによる水分の取り込みは考えにくく、含有塩が大気中の水蒸気を取り

込んだことが主要な原因と推測される。LA 系アスファルト固化体も製作当時から数十年保管

されていることから、含水率の増大や針入度の低下が起こっているものと推測される。そのた

め、実試験を行う際にTable 2.2に示す物性値の違いが大きく影響を及ぼさないと考えられる。

Table 2.2 模擬固化体と LA 系アスファルト固化体の物性値

模擬固化体LA系アスファルト固化体

(89-L24-3, 90-L25-1)1)

針入度 (0.1 mm) 14.8 ± 1.1 22.3 ± 0.6

含水率(%) 1.11 ± 0.06 0.22 ± 0.03

密度 (g/cm3) 1.40 ± 0.03 1.39 ± 0.06

塩含有率 (wt%) 51 ± 4 45 ± 3

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2.2 模擬アスファルト固化体の温度変化模擬固化体の温度調整は、恒温槽及び温度調整室内に模擬固化体を含む容器ごと静置し、熱

電対を模擬固化体内の各部位に差し込んで測定した。3.1 節で述べる「固化体流下法」においては、Table 2.1 に示したように AD コンパウンドの軟化点が 85 ± 5 °C であることから、恒温槽の温度は軟化点の温度より少し高い 100 °C 及び燃焼が起こる恐れのある 180 °C を超えない温度 9)として 150 °C を選定した。恒温槽内に模擬固化体を入れた 20 L の鋼製容器を設置し加熱した。模擬固化体内の 3 ヵ所（容器内壁から 1 cm、7.1 cm、13.5 cm 中心）に熱電対を設置し、加熱操作中の模擬固化体（Φ27 cm × H27 cm）内の温度を測定した。100 °C 及び 150 °Cにおける模擬固化体の温度経時変化を Fig. 2.1 に示す。温度上昇率は容器内壁面に近い部位ほど大きく、中心に近くなるにつれて緩やかとなった。Φ27 cm × H27 cm の模擬固化体では容器壁面と中心部の温度が加熱温度付近まで上昇するのにそれぞれ 12 時間、23 時間ほどであった。150 °C の加温時における温度上昇は 100 °C 時のそれよりも大きかったが、模擬固化体内の温度上昇は同じような曲線を描き、その傾向に大きな違いが観測されなかった。

加熱操作時に恒温槽を開放すると、アスファルトの臭いが増した。アスファルト成分のうち、

分子量の小さい飽和分が一部気化した可能性がある。AD コンパウンドにおける揮発性成分の

組成に関しては、現時点では明らかではない。揮発性成分の組成を同定し、可燃性ガス量を調

査することは、アスファルト固化体の詰め替え工程を検討する上で保安上重要な情報と考えら

れる。

Fig. 2.1 恒温槽内の模擬固化体（Φ27 cm × H27 cm）の温度経時変化

槽内温度：(a) 100 °C、(b) 150 °C

3.2 節で述べる「容器切断法」においては、温度調整室にて－30 °C 及び 40 °C に調整し、

10 °C は冬場であったため、室温保管により調整した。保持している間、室内温度、ドラム缶

外壁、ドラム缶内壁と中心の中間（内壁から 14.2 cm）、模擬固化体中心（ドラム缶内壁から

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28.4 cm）の温度を計測し、温度経時変化を求めた。－30 °C 及び 40 °C における模擬固化体

中の温度経時変化を Fig. 2.2 に示す。両条件ともに模擬固化体の温度が均一になるには、約

60 時間必要であることがわかった。ドラム缶外壁の温度は比較的早く温度が変化し、ドラム

缶内壁面近傍の模擬固化体を設定した温度にするには、24 時間ほど温度調整室に保管する必

要があった。

Fig. 2.2 温度調整室内の模擬固化体(Φ57 cm × H23 cm)の温度経時変化

室内温度：(a) －30 °C、(b) 40 °C

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3. アスファルト固化体の取り出し

アスファルトは温度が上昇すると軟化し流動的になり粘着質となる一方で、温度が低下する

と硬化し脆弱になる性質を持つ。このような特性に基づき、アスファルト固化体を加温して軟

化させ容器から流し出す方法（固化体流下法）と、アスファルト固化体を冷却して硬化させ容

器から引き剥がす方法（容器切断法）を検討した。それぞれの取り出し技術内における最適な

温度条件を調査し、模擬固化体の回収率及び作業効率によってドラム缶からアスファルト固化

体を取り出す技術を評価した。

3.1 固化体流下法5 時間から 23 時間まで加熱した後、容器を恒温槽から取り出し、反転させることによって容

器から模擬固化体を流しだした。模擬固化体の回収率及び加熱後の物性値（針入度、含水率、

密度、塩含有率）を求めた。

3.1.1 取り出し状況

100 °C で 23 時間加熱した模擬固化体（21.1 kg）を恒温槽から取り出し、室温で流下させた

際の取り出し状況を Photo 3.1 に示す。容器を反転後、模擬固化体は 33 分経過してから少量ず

つ流下し始めたが、傾斜後 60 分経過した際には流下が止まった。

Photo 3.1 100 °C 加熱操作の取り出し状況

模擬固化体を 150 °C で 5、7.5、10.5、23 時間加熱した後、恒温槽から取り出し、室温で流

下させた際の取り出し状況を Photo 3.2 に示す。5 時間以上加熱した後では、容器内壁面の模

擬固化体が十分に軟化しており、自然落下によって数分で取り出すことができた。5 時間の加

熱では、模擬固化体の中心部位が塊のまま存在していることが観察された。7.5 時間の加熱で

は、5 時間加熱時に観察された塊より小さくなっており、10.5 時間以上加熱することにより塊

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がなくなることがわかった。5 時間加熱では、容器内壁面近傍の模擬固化体は 130 °C 近くまで

温度が上昇し十分に軟化したが、中心部の温度が 50 °C 程しか上昇せず中心部が軟化しなかっ

たためと考えられる。7.5 時間加熱では、5 時間加熱時よりも模擬固化体中心部の温度が上昇し

たため塊が小さくなり、10.5 時間以上の加熱ではさらに中心部の温度が上昇し、温度分布が比

較的均一になったことから塊状とならずに取り出すことができた。

Photo 3.2 150 °C 加熱操作の取り出し状況

3.1.2 結果と考察

(1) 流下試験による模擬固化体の回収率

固化体流下法による模擬固化体の回収率を Table 3.1 に示す。100 °C（23 時間)及び 150 °C

（5、7.5、10.5、23 時間）加熱後に取り出した模擬固化体及び容器内壁に付着した模擬固化体

の重量を測定し、容器から取り出せた模擬固化体の割合を回収率として算出した。100 °C 及び

150 °Cの加熱における模擬固化体の回収率はそれぞれ 36wt%、78 ± 4wt% (2 , n =4)となった。

100 °C の加熱では模擬固化体の軟化が十分ではなく、取り出す際の流動性を十分に確保できな

かったためと考えられる。今回の試験では室温で容器を反転して実施したが、加熱を継続した

- � -


状態で流下させることによって容器内壁近傍の模擬固化体が大気によって冷却されず、外部か

らの冷却を阻止でき、100 °C 時における取り出し時間の短縮や容器内壁面に付着する模擬固化

体の量の低減が期待できる。150 °C の加熱では、回収率と加熱時間に相関は観察されなかった。

このことから、固化体流下法による模擬固化体の取り出し操作には容器内壁面近傍の模擬固化

体の温度のみが影響し、模擬固化体内の温度を均一化する必要がないことがわかった。そのた

め、加熱時間を 23 時間以上延長しても模擬固化体の回収率の向上が期待できない。温度を

150 °C 以上に設定することによってアスファルト固化体の流動性が増すことが考えられるが、

180 °C 程度からアスファルト固化体自体の燃焼のリスクが増大するため 9)、安全に加熱操作を

行うことが困難であると考えられる。従って、本方法では全量の模擬固化体を回収することが

出来ず、容器内壁面に付着したアスファルト固化体をスクレイパ等で取り除くといった容器に

付着したアスファルト固化体を別の手法で取り出す方法の検討が必要であることがわかった。

Table 3.1 固化体流下法による回収率

No. 加熱温度（°C）時間（h）全量(kg) 回収量(kg) 付着量(kg) 回収率(wt%)

1 100 23 21.13 7.55 13.58 35.7

2 150 5 20.50 16.00 4.50 78.0

3 150 7.5 16.93 12.90 4.03 76.2

4 150 10.5 24.75 20.10 4.65 81.2

5 150 23 18.33 14.05 4.28 76.7

(2) 流下試験後の模擬固化体の物性値

加熱試験前上面の模擬固化体及び 50 °Cで 10.5時間加熱後の上面の模擬固化体及び流下試験

後に容器底面に付着した模擬固化体を数十 g ずつスクレイパ－によって回収し、25 °C まで自

然放冷して加熱操作による物性値の変化を調べた(2 , n = 2)。150 °C、10.5 時間加熱操作前後

の模擬固化体の物性値を Table 3.2 に示す。加熱前上面と加熱操作後上底面では、針入度、密

度、塩含有率は誤差の範囲内で一致したのに対し、含水率が低下した。加熱により模擬固化体

内の水分が蒸発し、含水率が低下したと考えられる。針入度、密度、塩含有率が誤差の範囲内

で一致したことから、150 °C で 10.5 時間の加熱操作では塩の沈降等による不均一化が生じて

いないものと考えられる。

- �0 -


Table 3.2 150 °C、10.5 時間加熱操作前後の模擬固化体の物性値（25 °C）

サンプル採取位置加熱前上面加熱操作後上面加熱操作後底面

針入度 (0.1 mm 表示) 14.8 ± 1.1 13.3 ± 1.4 15.0 ± 1.1

含水率 1.11 ± 0.06 0.66 ± 0.37 0.74 ± 0.25

密度 (g/cm3) 1.40 ± 0.03 1.40 ± 0.03 1.37 ± 0.01

塩含有率 51 ± 4 50 ± 3 49 ± 3

3.2 容器切断法

200 L ドラム缶に封入された約 71 kg の模擬固化体（約 50 L、Φ57 cm × H23 cm）を温度調

整室内に静置し、室温を－30 °C、10 °C、あるいは 40 °C に調整した。温度が一定になったこ

とを確認後、温度調整室外にドラム缶を移動させ、シートで養生した床に容器を横倒しにし、

オートチゼラ（Photo 3.3）によって切断した。オートチゼラはチゼル先端部を高速ピストンす

る機器である。チゼル先端部は三つに分かれており、真ん中の尖った先端部と両脇の先端は少

し反った形状をしている。真ん中のチゼル先端部をドラム缶に対して垂直に押し当て高速ピス

トンにより穴を開け、その後、横にして挟み込み、ハサミのように切断できた。天蓋から 3 cm

ほど下及び底板より 1 cm 上部を切断し引き剥がした後、容器側面を垂直方向に切断し、側面

切断部分を引き剥がした。ドラム缶内壁面への模擬固化体の付着量及び剥離性を調べた。

Photo 3.3 オ－トチゼラ

3.2.1 取り出し状況

10 °C における容器切断試験状況を Photo 3.4 に示す。模擬固化体の温度が 10 °C であるこ

とを確認後、ドラム缶を切断した。それぞれの切断に要した時間は約 3 分であった。底板内壁

面には模擬固化体が少量付着していたが、ドライバーにて容易に引き剥がすことができた。そ

の後、ドラム缶側面を垂直方向に 2 ヶ所切断した。ドラム缶内壁に模擬固化体は密着しておら

- �� -


ず、容易に引き剥がすことができた。取り出した模擬固化体表面には光沢があり、切断時にお

ける損傷や模擬固化体切断部位の温度上昇も見られなかった。

Photo 3.4 10 °C における容器切断試験状況

－30 °C における容器切断試験状況を Photo 3.5 に示す。温度調整室からドラム缶を運びだ

し、室温（15 °C）において、10 °C と同様な手順でドラム缶を切断した。－30 °C におけるド

ラム缶切断に必要な時間及び剥離性は 10 °C 時と同様であり、容易に切断及びドラム缶からの

模擬固化体の取り出しが可能であった。

Photo 3.5 －30 °C における容器切断試験状況

40 °C における容器切断試験状況を Photo 3.6 に示す。温度調整室からドラム缶を運びだし、

室温（17 °C）において、10 °C と同様な手順でドラム缶を切断した。底板の引き剥がしを試み

たところ、ドラム缶の底板が模擬固化体と粘着していたため、人力で引き剥がし操作を行うこ

とが困難であった。そのため、ドラム缶を逆さまに立て、底板部を細かく切断して引き剥がし

た。次に、ドラム缶側面を垂直方向にオ－トチゼラを用いて 2 ヶ所切断したが、底板と同様に

容器横置き

天板下 3 cm 輪切り底板上 1 cm 輪切り

側面切断底板付着状況切断後の状況

冷却後の状態

底板上 1 cm 輪切り切断後の状況

- �� -


人力では引き剥がすことができず、さらに切断箇所を 5 ヶ所増やし、バ－ルを用いて引き剥が

した。

Photo 3.6 40 °C における容器切断試験状況


－30 °C、10 °C、40 °C における容器切断法による回収率を Table 3.3 に示す。10 °C ではド

ラム缶に付着した模擬固化体が微小（0.01 kg）であり、約 100wt%回収できた。－30 °C の引

き剥がし時において、冷却によって模擬固化体が脆化し、約 0.1 kg の模擬固化体の破片がドラ

ム缶に付着した。40 °C の切断時にドラム缶に付着した模擬固化体量は 3.30 kg であり、4.2wt%

がドラム缶側に付着した。

容器切断法によって模擬固化体を 200 L ドラム缶から取り出す際には、アスファルト固化体

の温度を 10 °C 以下にすることによって数分で約 100wt%取り出すことが可能であった。温度

を－30 °C まで低下させた場合、アスファルト固化体が脆化し、破片として残存する可能性が

ある。温度を 0 °C 近辺に制御し、ドラム缶を切断する方法が効果的であると考えられる。

底板の解体状況底板の解体底板取外し後

底板枠取外し後側面取外し後側面解体後

取り出した模擬固化体底板枠への付着状況底板内壁への付着状況

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Table 3.3 容器切断法による回収率

温度（°C）全重量(kg) 回収量(kg) 付着量(kg) 回収率(wt%)

－30 71.65 71.65 0.1 ~99.9

10 71.00 70.99 0.01 ~100

40 79.30 76.00 3.30 95.8

3.3 まとめ

今回のアスファルト固化体の取り出し方法の検討では、作業効率及び回収率の点において「容

器切断法」の方が「固化体流下法」よりもアスファルト固化体をドラム缶から取り出す方法と

して適していた。「固化体流下法」では取り出した固化体とポストフィリング部が混合してしま

うため、4 章で述べるポストフィリング部の分離を行うことができないが、5 章で述べる「加

熱充填法」に適用でき、「固化体流下法」によって直接、角型容器への「加熱充填」が最も簡易

な詰め替え方法である。しかし、ドラム缶内壁に付着する 20wt%のアスファルト固化体を回収

する方法の検討等の課題が残る。10 °C 以下の「容器切断法」によってドラム缶からアスファ

ルト固化体の形状を変えずに容易に取り出すことが出来た。さらに減容処理を行う際には、4

章で述べるポストフィリング部の分離が必要である。4 章で述べるポストフィリング部の分離

による減容処理を行わず、5 章で述べる「圧縮充填法」または「加熱充填法」に直接適用すれ

ば、ドラム缶内の LA 系アスファルト固化体をほぼ全量、角型容器に詰め替えることができる。

ドラム缶から LA 系アスファルト固化体を取り出す試験を工学試験に適用させるには、常に

低温保管できるアスファルト固化体貯蔵室を設置する必要がある。ドラム缶から LA 系アスフ

ァルト固化体を取り出すだけの操作であれば、ドラム缶内壁近傍のアスファルト固化体のみを

冷却させることにより取り出すことができるため、1 日ほどの低温保管による温度調整で十分

であると考えられる。しかし、4 章で述べるポストフィリング部の分離を行うには、LA 系アス

ファルト固化体の中心部まで均一に冷却させることが必要であるため、数日から 1 週間ほどの

低温保管が必要である。さらに、低温保管したドラム缶をドラム缶切断装置に運搬する方法や

ドラム缶切断機器の交換方法等を検討する必要がある。

- �� -


4. ポストフィリング部の分離

本検討では、ポストフィリング部の分離法として平刃によって切断する方法（固化体切断法）

と掘削用工具を用いて破砕する方法（固化体粉砕法）を検討した。

4.1 固化体切断法

切断試験装置は門型のフレ－ム構造とし、U 字型の昇降部先端に取り付けられた平刃をサン

プルに押し付け、切断する装置である。平刃の昇降は油圧シリンダーを用いて行った。製作し

た切断試験装置の外観を Photo 4.1 に示す。

Photo 4.1 切断試験装置外観

使用した刃は高さ 150 mm × 長さ 776 mm、エッジ幅 2.5 mm の平刃であり、Φ63 mm の

油圧シリンダーを持つ油圧ユニットによって 3.5 MPa まで圧をかけた。初期の切断条件は、刃

押圧力 9.9 kN、切断速度 25 mm/min、ストロ－ク 700 mm とした。恒温槽で 25 °C に調整し

た模擬固化体を取り出し切断装置に設置し、室温（9 °C）で切断した。切断による模擬固化体

の形状変化、切断装置への付着量、切断時間を調べた。

4.1.1 切断状況

模擬固化体の径方向に切断する試験を実施した。模擬固化体の切断状況を Photo 4.2 に示す。

切断装置に設置する前の模擬固化体の寸法及び重量は、それぞれ Φ567 mm × H225 mm、71.7

kg であった(Photo 4.2a)。切断装置に設置後(Photo 4.2b)、試験開始前の模擬固化体の表面温

度は 16.6 ± 0.4 °C (2 , n = 6)であった。切断開始後(Photo 4.2c)、模擬固化体の側面から 125

mm まで切断した際、模擬固化体が V 字に変形し切断速度が設定の 25 mm/min から 12

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mm/min に低下した(Photo 4.2d)。さらに約 245 mm まで切断した際には、切断速度が 3

mm/min まで低下した(Photo 4.2e)。約 260 mm において模擬固化体が膨らみ、抑えカバーに

めり込んだ(Photo 4.2f)。約 470 mm で模擬固化体を抑えていたカバーのボルトを緩め(Photo

4.2g)、129 分後に模擬固化体の切断が終了した(Photo 4.2h)。

Photo 4.2 模擬固化体の切断状況


(1) 切断による模擬固化体の形状変化及び歪み

切断後の模擬固化体の形状を Photo 4.3 に示す。Photo 4.3 中の１から 3 に向かって模擬固化

体を切断した。切断によって二つに分かれた模擬固化体（装置前方部位、装置後方部位）は、

それぞれ上下方向に 548 mm、533 mm、左右方向に 577 mm、581mm となった。切断開始前

が Φ567 mm であったことから、切断方向に対して垂直に 10 – 14 mm ほど広がり、若干圧縮

された楕円形状となった。

Photo 4.3 切断後の模擬固化体の形状

(a) 模擬固化体 (b) 切断前 (c) 切断開始 (d) V 字に変形

(e) さらに変形 (f) 側面の変形

(g) ボルトを緩めた (h) 切断終了

1 13 3

装置前方部位装置後方部位

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(2) 装置への付着量

切断後の装置外観を Photo 4.4 に示す。横方向の抑えカバーへの付着量は 2 g、下に設置した

受け台への付着量は 34 g、平刃への付着量は 77 g であり、装置への模擬固化体の付着割合は

0.16 wt%であった。平刃への付着割合は 77 g 程度であったが、切断の進行に伴い模擬固化体

が変形し平刃を巻き込む形状となったことから、平刃に粘着した模擬固化体を引っ張りながら

切断したことが切断速度を低下させた原因であると考えられる。

Photo 4.4 切断後の装置付着状況

(3) 切断時間と切断位置の関係

模擬固化体の切断時間と切断位置の関係を Fig. 4.1 に示す。切断位置の基準(0 mm)は模擬固

化体と切断刃との接触位置とした。切断位置–95 mm から 0 mm は空走区域であり、切断位置

0 mm から切断が開始する。切断速度は切断開始から 125 mm の位置までは設定値と同等であ

った。以降、3 mm/min に低下した。この切断速度低下位置と平刃に巻き込まれるように模擬

固化体が変形した位置がほぼ一致していた。

Fig. 4.1 切断時間と模擬固化体の切断位置の関係

受け台

抑えカバー

平刃前方

平刃後方

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切断時に模擬固化体が変形しアスファルトが刃に付着したことによって切断速度が低下した

ことから、アスファルト固化体が付着しにくい低温での操作が望ましい。しかし、温度が低下

するとアスファルトが硬化及び脆化すると考えられることから、最適な切断温度条件を調査す

べきである。その際に、硬化した模擬固化体を切断することから平刃の剛性をあげ湾曲しにく

くすること及びより大きな油圧が出せる切断装置を検討する必要がある。

4.2 固化体破砕法

温度調整室内で温度を－30 °C、－15 °C、0 °C に制御し、20 L サイズの模擬固化体を 3 日

間冷却した後、模擬固化体の温度が各所定温度になったことを確認した。破砕の際に飛散して

も対応できるように飛散防止用のステンレス容器に模擬固化体を設置し周囲を養生し後、電動

ハンマードリル（Photo 4.5）及びハンマーを用いて、30 分間破砕した。

Photo 4.5 電動ハンマードリル

4.2.1 破砕状況

－30 °C、－15 °C、0 °C の破砕試験の状況に大きな差異がなかったことから、1 例として－

30 °C における破砕試験状況を Photo 4.6 に示す。模擬固化体を飛散防止用容器に設置し、表

面温度が所定の温度であることを確認後、破砕作業を開始した。初め、ドリル先端が尖ったチ

ゼルを使用し、その後、平面型チゼルに交換し十数 cm 程度まで破砕した。

Photo 4.6 －30°C における破砕試験状況

先端が尖った

形状のチゼル

平面型チゼル

先端がハンマ

ー状のチゼル

（特注）

破砕操作

（電動ドリル）

破砕操作

（ハンマー）

ハンマー破砕後

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－30 °C、－15 °C、0 °C における機器先端部への付着状況を Photo 4.7 に示す。破砕に使用

した工具への模擬固化体の付着状況は温度が高くなるにつれ多くなった。特に、0 °C の温度条

件では、機器にアスファルト固化体が厚さをもって付着していることが観察された。

Photo 4.7 電動ハンマーへの付着状況

実運用時の機器による破砕を考えた場合、機器先端部へのアスファルト固化体の付着が作業

連続性の問題を生じさせる原因となる。連続してアスファルト固化体の破砕作業を実施し機器

先端部への付着量が増えた場合、機器先端部の交換、清掃などが必要となり、定常的な連続運

転に影響がでることが想定される。さらに、機器先端部に付着したアスファルトの除去にはト

ルエン等の有機溶剤が必要となるため、実際に遠隔で実施するには困難である。上記を考慮す

ると、破砕時はアスファルト固化体の機器先端部への付着をできるだけ減らすことが必要とな

り、－15 °C 以下での作業が有効と考えられる。

ポストフィリング部の分離を目的とした破砕操作では、アスファルトと硝酸塩等の混合物と

ピュアアスファルトの境界が明確にわかれている場合には、ポストフィリング部のみを破砕す

ることが出来る。明確にわかれていない場合には、アスファルトと硝酸塩等の混合物も同時に

混入する恐れがあり、ポストフィリング部の分離に固化体破砕法を適用する場合は、製作履歴

や取り出した後のアスファルト固化体のポストフィリング部の位置を確認し、ドラム缶ごとに

適用の可否を確認する必要がある。今後、放射性物質を含むアスファルト混合部が破砕したポ

ストフィル部に混入することを避ける処置や遠隔操作による破砕方法や破砕片の回収方法等の

検討が必要である。

4.3 まとめ

ポストフィリング部の分離技術開発として、「固化体切断法」及び「固化体破砕法」を検討し

た。今回のポストフィリング部の分離方法の検討では、作業効率の点において「固化体破砕法」

の方が「固化体切断法」よりも優れていた。「固化体破砕法」では、低温操作によりアスファル

ト固化体を粉砕することができたが、ポストフィリング部の分離を目的とした破砕操作には、

0 °C－15 °C－30 °C

- �� -


放射性物質を含むアスファルト混合部が破砕したポストフィリング部に混入することを避ける

処置が必要である。

「固化体切断法」では、温度、装置の仕様、アスファルトが付着しにくい材質等をさらに検

討し、繰り返し操作を可能にする必要がある。25 °C ではアスファルトが軟らかく平刃及び抑

えカバー等への付着が生じ、平刃への付着が切断速度を低下させる要因となった。そのため、

温度が低く、切断圧力が高い条件で、ポストフィリング部を切断する検討が必要である。さら

に、アスファルトと硝酸塩等の混合物の位置を目視、X 線またはコリメートした線量計等によ

り確認し、混合物がポストフィリング部に混入しないように配慮して切断する必要がある。

ポストフィリング部の分離操作を工学試験に適用させるには、LA 系アスファルト固化体を

ドラム缶から取り出した後に、温度を低温に保ちつつ遠隔操作によって粉砕装置または切断装

置に LA 系アスファルト固化体を設置する必要がある。－15 °C や－30 °C では装置に付着する

模擬固化体の低減が「固化体破砕法」により確認できたことから、「固化体切断法」においても

同等な温度における切断条件等を検討する必要がある。上記の課題を克服することにより、ポ

ストフィリング部の分離操作を繰り返し実施することが可能であり、角型容器に詰め替える

LA 系アスファルト固化体のさらなる減容化に繋がるものと考えられる。

- �0 -


5. 角型容器への充填

ドラム缶からアスファルト固化体を取り出し、ポストフィリング部を分離した後、アスファ

ルトと硝酸塩等の混合物を角型容器に隙間なく充填する技術が必要である。熱を加えて固化体

を軟化させて充填する方法（加熱充填法）と物理的に圧縮させて充填する方法（圧縮充填法）

の 2 つの方法を調べた。

5.1 加熱充填法ステンレス製の加熱用充填容器（内寸 Φ30 cm x H30 cm、容量 21.2 L）内にブロック状模擬固化体（12.5 kg）を投入し、あらかじめ 150 °C に調整した恒温槽内に設置した。加熱充填法による模擬固化体の内部温度経時変化及び充填終了までの作業時間を確認した。加熱操作中

及び加熱操作終了後に自然冷却させた後、加熱用充填容器内底面からの模擬固化体の最大高さ

を測定し、模擬固化体の密度と重量から加熱用容器内の体積を算出した。

5.1.1 加熱充填状況360 分間の加熱充填試験状況を Photo 5.1 に示す。開始から 30 分ほどではまだ模擬固化体が

固く元の形状を保持していた状態であった。120 分で一部模擬固化体の表面が軟化した状態であり、240 分で模擬固化体が容器に充填された。加熱中の模擬固化体の飛散による加熱用充填容器内壁以外における模擬固化体の付着は観察されておらず、全量の模擬固化体を充填できた。

Photo 5.1 加熱充填状況

5.1.2 結果と考察150 °C で 6 時間、加熱静置した模擬固化体の高さの経時変化を Fig. 5.1 に示す。模擬固化体

の高さは、加熱用充填容器内に設置した模擬固化体における容器内底面からの最大の高さを示

加熱前加熱装置 2 時間経過後

試験終了直後4 時間後

- �� -


している。加熱開始直後は加熱用充填容器内に隙間があり、加熱用充填容器の 12.5 kg の模擬固化体の最大高さは 30 cm であったが、加熱操作によって模擬固化体が軟化し最密に充填されていくことにより、加熱用充填容器内の模擬固化体の最大高さが減少する。開始直後から 240分まで模擬固化体の高さはなだらかに減少していき、240 分程度で模擬固化体が平坦になり13.5 cm まで減少することができた。以降、加熱時間を延ばしても模擬固化体の高さは変化しなかった。

Fig. 5.1 模擬固化体の高さ経時変化

恒温槽内及び模擬固化体内の温度経時変化を Fig. 5.2 に示す。模擬固化体内の温度は 360 分間の加熱操作の中で上昇した。容器内壁面近傍の温度は早く上昇し、アスファルト AD コンパウンドの軟化点(85 °C)に達した。中心部は徐々に温度が上昇し、360 分間の加熱時においても85 °C ほどであった。模擬固化体内の中心部の温度が 60 °C ほどであっても、ブロック状の模擬固化体の外側から軟化したため、240 分で加熱用容器内に充填できたものと考えられる。

Fig. 5.2 恒温槽内及び模擬固化体内の温度経時変化

- �� -


模擬固化体の密度(1.39 g/cm3)、重量（12.5 kg）、加熱用容器の直径（30 cm）から最密充填時の高さ及び体積を算出するとそれぞれ 12.7 cm、8.99 L となり、加熱充填直後の模擬固化体の高さ 13.5 cm 及び体積 9.54 L に対して、高さ 0.8 cm 及び体積 0.55 L（6 vol%）ほど体積が大きいことがわかった。アスファルトの熱膨張率は 15 °C から 200 °C の範囲において 6.1 ×10-4 °C-1 であり 10)、温度差 100 °C における塩含有率 50wt%の模擬固化体の熱膨張体積は 0.27L と算出できる。熱膨張による影響を補正してもさらに 0.28 L の体積増加があり、これは模擬固化体中や模擬固化体と模擬固化体との間に残存する空気が加熱充填時に抜けきれずに残った

ことが原因であると考えられる。加熱時間を延長することによって空隙中の空気を気泡として

模擬固化体内から取り除くことができるが、さらなる加熱操作が必要となり作業効率が低下す

る。そのため、最適な加熱充填方法を確認する必要があり、角型容器中のアスファルト固化体

に棒状の加熱装置を投入し加熱するといった加熱装置の改良が求められる。技術的な課題が残

るが、適切な温度管理及び加熱方法の検討により角型容器への充填操作に適用可能な方法であ

ることがわかった。

5.2 圧縮充填法 218.2 kg の模擬固化体を 1000 mm × 1000 mm × H545 mm の金型（SUS400）に入れ、プレス（998 mm × 998 mm × H550 mm）を持つ 2000 t 一軸プレス装置（Photo 5.2）で圧縮成型した。はじめ、最低圧力である 200 t から圧縮をはじめ、プレスが停止したら段階的に 100 t圧力を上げていき、最終的に停止するまで続けた。金型底面を 0 mm とし、模擬固化体の高さは圧縮開始前 545 mm である。圧縮操作によって模擬固化体がつぶれていくことにより、模擬固化体の最大高さが減少していき、模擬固化体の高さの減少が停止した際には最密充填された

ことを意味する。プレス側に付着した模擬固化体を観察し、重量を測定した。

Photo 5.2 プレス装置とプレスと金型外観

5.2.1 圧縮状況218.2 kg の模擬固化体を金型に投入し、温度 4.7 ± 1.0 °C (2 , n = 5)を確認した後、圧縮を

開始した(Photo 5.3)。プレスと金型の隙間は約 1 mm であった。圧縮開始から数分後、プレスが停止し、圧力を段階的にあげた。10 分後に 1500 t まで上昇させたが、模擬固化体の高さに変化がなくなったため、圧縮を終了した。プレスに模擬固化体が付着し金型からプレスが離れ

ないため、金型とプレスの間に油圧ジャッキを入れて分離した。プレス及びプレスの側面への

- �� -


模擬固化体の付着量は 2.6 kg であり、全体の 1.2wt%がプレスに付着した。プレス後の模擬固化体の温度は 4.2 ± 0.5 °C (2 , n = 5)であった。

Photo 5.3 圧縮試験状況

5.2.2 結果と考察圧縮圧力と金型内における模擬固化体の高さの関係を Fig. 5.3 に示す。500 t までは圧力の増加に伴い、模擬固化体の高さは 545 mm から 160 mm に変化した。さらに、1500 t まで圧力をかけても、模擬固化体に大きな変位は確認されなかった。圧縮試験後の模擬固化体の高さ

は 157 mm となったが、圧力を解放させた際に 160 mm に変化した。総重量 218.2 kg の模擬固化体（密度：1.39 g/cm3）を 1 × 1 m2 の面でプレスする場合、最密に充填されると高さが 157mm になると試算される。今回の試験では、3 mm ほど高い結果となり、約 3 L ほど余剰な体積を持った。この体積膨張は加熱充填法時における体積変化と同様に圧縮成型した模擬固化体

内や模擬固化体と模擬固化体の間の空隙によるものと考えられ、約 2 vol%の空隙を持った模擬固化体が金型に圧縮充填できたと考えられる。

Fig. 5.3 圧縮圧力と模擬固化体の高さの関係

圧縮前

圧縮開始時圧縮

終了

油圧ジャッキ

による取外しプレスへの付着状況圧縮後の外観プレス側面への付着状況

- �� -


表面温度が約 5 °C であり、アスファルトが若干硬化していたにも関わらず、プレスに 2.6 kgの模擬固化体が付着しており、油圧ジャッキを用いて引き剥がさなければならないほど密着し

ていた。加圧しすぎたために、模擬固化体がプレスに密着した可能性がある。プレスへの付着

防止には、最適な圧力・温度設定、アスファルトが付着しにくいプレスの材質の検討、アスフ

ァルトとプレスの間にシート等を挟む等が考えられる。温度を－30 °C まで低下した状態では、アスファルトが硬化することから、0 °C 程度で圧縮充填法を実施する必要がある。本手法に関しても技術的な課題が残るが、適切な温度管理及び圧縮時にアスファルト付着防止処置を施す

ことに角型容器への充填操作に適用可能な方法であることがわかった。

5.3 まとめ角型容器への充填では、「圧縮充填法」と「加熱充填法」の両手法で可能であることがわかっ

た。しかしながら、いずれの方法もアスファルト固化体中の空隙を完全に除去することができ

ず、詰め替え操作を行った際は、数 vol%ほどの空隙が残ると想定される。この空隙を抜くことは容易ではなく、角型容器充填時には多少の体積増が推測される。上記の方法で比較すると、

作業効率の点で圧縮充填法が優れており、機器への付着を低減させた改良が求められる。

ドラム缶から取り出した LA 系アスファルト固化体を角型容器に充填する試験を工学試験に適用するには、「圧縮充填法」ではこれまでと同様な温度管理が必要であり、大型圧力装置を

0 °C ほどの低温セル内で使用する必要がある。一方で、「加熱充填法」では冷却施設が不用になる。「加熱充填法」では、アスファルトを加熱操作することから、アスファルトと硝酸塩の反

応が起こらないよう十分に注意して実施することが求められる。

- �� -


6．結言

LA 系アスファルト固化体の詰め替え技術の開発を目的に、模擬固化体を用いて容器からの取り出し方法、ポストフィリング部の分離方法、容器への充填方法を検討した。本検討結果よ

り低温による操作がアスファルト固化体の詰め替え技術に有用であることがわかった。今回検

討した(1) ドラム缶からのアスファルト固化体の取り出し、(2) ポストフィリング部の分離、(3)角型容器への充填の要素技術の比較を Table 6.1 に示す。

Table 6.1 詰め替え技術のまとめ詰め替え

工程

検討

技術方法

適用温

度(°C)安全性

ホットへ

の適応性まとめ

ドラム缶

からのア

スファル

ト固化体

の取り出

し

固化

体流

下法

アスファル

トを軟化さ

せ流し出す。

150 °C

×

燃焼の恐

れあり

×

容器内壁に 20wt%のアスファルトが付着

し、全量を取り出すことが困難である。ま

た、加熱操作を伴うことから燃焼反応が起

こる恐れがあり、温度管理が難しい。

容器

切断

法

ドラム缶を

切断し、引き

剥がす。

10 °C

以下○ ○

簡易迅速にドラム缶からアスファルト固

化体を取り出すことができた。遠隔操作可

能な冷却施設が必要である。

ポストフ

ィリング

部の分離

固化

体切

断法

平刃によっ

てポストフ

ィル部を切

断する。

25 °C

以下○ ○

明確にポストフィリング部とアスファル

トと硝酸塩等の混合物を切断することが

可能である。アスファルトの粘着に伴う切

断速度の低下の防止策を検討する必要が

ある。

固化

体粉

砕法

掘削用機器

によるポス

トフィル部

を粉砕する。

–15 °C

以下○

△検討の余

地あり

簡易迅速に粉砕することができた。しか

し、ポストフィリング部にアスファルトと

硝酸塩等の混合物が混入する恐れがある。

角型容器

への充填

加熱

充填

法

固化体を軟

化させ充填

する。

150 °C

×

燃焼の恐

れあり

△検討の余

地あり

加熱操作を伴うことから燃焼反応が起こ

る恐れがあるが、適切な温度管理と加熱方

法を検討すれば効果的な充填法となりう

る。

圧縮

充填

法

固化体を圧

縮し充填す

る。

常温

(20 ±

15 °C)

○ ○

簡易迅速に角型容器にアスファルト固化

体を充填できた。アスファルト固化体のプ

レスへの粘着を防止し、繰り返し性を向上

させる必要がある。

- �� -


これらの結果を踏まえ、(1) 容器切断法、(2) 固化体切断法、 (3) 圧縮充填法を選択した LA系アスファルト固化体の詰め替え工程案を Fig. 6.1 に示す。アスファルト固化体貯蔵施設よりLA 系アスファルト固化体を含むドラム缶を搬出し、温度調整室にてドラム缶ごと低温保管する。冷却した LA 系アスファルト固化体を含むドラム缶をホットセル内に搬送し遠隔操作によりドラム缶を切断し LA 系アスファルト固化体を取り出す。LA 系アスファルト固化体を切断装置に設置し、ポストフィリング部のみを切断する。ドラム缶から取り出す際には LA 系アスファルト固化体の表面のみの冷却で十分であるが、ポストフィリング部を切断する際には、中

心部まで冷却する必要がある。切断後の LA 系アスファルト固化体を角型容器に設置し、LA系アスファルト固化体とプレスとの接触防止用にシートを挟んで圧縮充填する。ポストフィリ

ング部の切断により 10vol%の減容が期待でき、ポストフィリング部を切断した場合は切断しない場合に比べ、ドラム缶 2 本分多い 18 本を角型容器に充填できると試算できる。

Fig. 6.1 LA 系アスファルト固化体の詰め替え工程案

工学試験に向けた課題として、ドラム缶を数日間低温保持するホット設備の設計や遠隔操作

によるドラム缶の切断方法の検討が必要である。ポストフィリング部の切断に関して、現時点

では十分な切断条件が確認されたとは言えないため、低温時における切断圧力、刃の厚さ、切

断温度の条件設定、アスファルト固化体が付着しにくい材質の選定が必要である。角型容器へ

の充填方法に関しては、150 °C の熱を持つ棒状の加熱装置によって、角型容器に設置した LA系アスファルト固化体を軟化させて充填するといった技術も考えられるため、充填方法も様々

な観点から考慮する必要がある。

- �� -


謝辞

アスファルト固化体の詰め替え試験に協力していただいた（株）日揮の加藤敬氏及び(株)ジックの大曽根理氏、またアスファルト AD コンパウンドを提供していただいた核燃料サイクル工学研究所再処理技術開発センター芳中一行氏に感謝します。

参考文献

1) 古川登他 :廃棄体の確認に向けたアスファルト固化体の製作履歴調査結果, JNC TN8440

2001-024, 2001, 203p.

2) 電気事業連合会, 核燃料サイクル開発機構 :TRU 廃棄物処分技術検討書－第 2 次 TRU 廃

棄物処分研究開発取りまとめ－, JNC TY1400 2005-013, 2005, 590p.

3) 原子力発電環境整備機構 :地層処分低レベル放射性廃棄物に関わる処分の技術と安全性,

NUMO-TR-10-03, 2011.

4) 電気事業連合会 :余裕深度埋設の概要, 2011, available from

http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004410/006_02_00.pdf (accessed

2014-05-19).

5) 鈴木弘他 :アスファルト固化体処理施設火災爆発事故の中期的課題の対応～小型 2 軸エク

ストルーダ試験～（技術報告）, JNC TN8410 99-041, 1999, 208p.

6) 日本工業規格 :石油アスファルト, JIS K 2207, 1996.

7) 日本工業規格 :原油及び石油製品−水分試験方法, JIS K 2275, 1996.

8) E. Valcke et al. :Ageing of EUROBITUM bituminized radioactive waste: An ATR-FTIR

spectroscopy study, J. Nucl. Mater., 393, 2009, pp. 175-185.

9) K. Hasegawa, Y. Li :Explosion investigation of asphalt-salt mixtures in a reprocessing

plant, J. Hazard. Mater., A79, 2000, pp. 241-267.

10) John Read, David Whiteoak :”The Shell Bitumen Handbook”, Thomas Telford

Publishing, London, 2003, p. 433.

- �� -


国際単位系（SI）

乗数　接頭語記号乗数　接頭語記号

1024 ヨタＹ 10-1 デシ d1021 ゼタＺ 10-2 センチ c1018 エクサＥ 10-3 ミリ m1015 ペタＰ 10-6 マイクロ µ1012 テラＴ 10-9 ナノ n109 ギガＧ 10-12 ピコ p106 メガＭ 10-15 フェムト f103 キロｋ 10-18 アト a102 ヘクトｈ 10-21 ゼプト z101 デカ da 10-24 ヨクト y

表５．SI 接頭語

名称記号 SI 単位による値分 min 1 min=60s時 h 1h =60 min=3600 s日 d 1 d=24 h=86 400 s度 ° 1°=(π/180) rad分 ’ 1’=(1/60)°=(π/10800) rad秒 ” 1”=(1/60)’=(π/648000) rad

ヘクタール ha 1ha=1hm2=104m2

リットル L，l 1L=11=1dm3=103cm3=10-3m3

トン t 1t=103 kg

表６．SIに属さないが、SIと併用される単位

名称記号 SI 単位で表される数値電子ボルト eV 1eV=1.602 176 53(14)×10-19Jダルトン Da 1Da=1.660 538 86(28)×10-27kg統一原子質量単位 u 1u=1 Da天文単位 ua 1ua=1.495 978 706 91(6)×1011m

表７．SIに属さないが、SIと併用される単位で、SI単位で表される数値が実験的に得られるもの

名称記号 SI 単位で表される数値キュリー Ci 1 Ci=3.7×1010Bqレントゲン R 1 R = 2.58×10-4C/kgラド rad 1 rad=1cGy=10-2Gyレム rem 1 rem=1 cSv=10-2Svガンマ γ 1γ=1 nT=10-9Tフェルミ 1フェルミ=1 fm=10-15mメートル系カラット 1メートル系カラット = 200 mg = 2×10-4kgトル Torr 1 Torr = (101 325/760) Pa標準大気圧 atm 1 atm = 101 325 Pa

1cal=4.1858J（｢15℃｣カロリー），4.1868J（｢IT｣カロリー）4.184J（｢熱化学｣カロリー）

ミクロン µ 1 µ =1µm=10-6m

表10．SIに属さないその他の単位の例

カロリー cal

(a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できる。しかし接頭語を付した単位はもはや　コヒーレントではない。(b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で、量についての情報をつたえるために使われる。　実際には、使用する時には記号rad及びsrが用いられるが、習慣として組立単位としての記号である数字の１は明　示されない。(c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中に、そのまま維持している。(d)ヘルツは周期現象についてのみ、ベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される。(e)セルシウス度はケルビンの特別な名称で、セルシウス温度を表すために使用される。セルシウス度とケルビンの　単位の大きさは同一である。したがって、温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである。

(f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）は、しばしば誤った用語で”radioactivity”と記される。(g)単位シーベルト（PV,2002,70,205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照。

（a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度　　（substance concentration）ともよばれる。（b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるが、そのこと　　を表す単位記号である数字の１は通常は表記しない。

名称記号SI 基本単位による

表し方

秒ルカスパ度粘 Pa s m-1 kg s-1

力のモーメントニュートンメートル N m m2 kg s-2

表面張力ニュートン毎メートル N/m kg s-2角速度ラジアン毎秒 rad/s m m-1 s-1=s-1角加速度ラジアン毎秒毎秒 rad/s2 m m-1 s-2=s-2熱流密度 , 放射照度ワット毎平方メートル W/m2 kg s-3

熱容量 , エントロピージュール毎ケルビン J/K m2 kg s-2 K-1比熱容量，比エントロピージュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg K) m2 s-2 K-1比エネルギージュール毎キログラム J/kg m2 s-2熱伝導率ワット毎メートル毎ケルビン W/(m K) m kg s-3 K-1

体積エネルギージュール毎立方メートル J/m3 m-1 kg s-2

電界の強さボルト毎メートル V/m m kg s-3 A-1電荷密度クーロン毎立方メートル C/m3 m-3 sA表面電荷クーロン毎平方メートル C/m2 m-2 sA電束密度，電気変位クーロン毎平方メートル C/m2 m-2 sA誘電率ファラド毎メートル F/m m-3 kg-1 s4 A2

透磁率ヘンリー毎メートル H/m m kg s-2 A-2

モルエネルギージュール毎モル J/mol m2 kg s-2 mol-1

モルエントロピー, モル熱容量ジュール毎モル毎ケルビン J/(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1

照射線量（Ｘ線及びγ線）クーロン毎キログラム C/kg kg-1 sA吸収線量率グレイ毎秒 Gy/s m2 s-3放射強度ワット毎ステラジアン W/sr m4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3

放射輝度ワット毎平方メートル毎ステラジアン W/(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3酵素活性濃度カタール毎立方メートル kat/m3 m-3 s-1 mol

表４．単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例

組立量SI 組立単位

名称記号

面積平方メートル m2体積立法メートル m3速さ，速度メートル毎秒 m/s加速度メートル毎秒毎秒 m/s2波数毎メートル m-1密度，質量密度キログラム毎立方メートル kg/m3

面積密度キログラム毎平方メートル kg/m2

比体積立方メートル毎キログラム m3/kg電流密度アンペア毎平方メートル A/m2磁界の強さアンペア毎メートル A/m量濃度 (a) ，濃度モル毎立方メートル mol/m3質量濃度キログラム毎立法メートル kg/m3輝度カンデラ毎平方メートル cd/m2屈折率 (b) （数字の）　１ 1比透磁率 (b) （数字の）　１ 1

組立量SI 基本単位

表２．基本単位を用いて表されるSI組立単位の例

名称記号他のSI単位による

表し方SI基本単位による

表し方平面角ラジアン(ｂ) rad 1（ｂ） m/m立体角ステラジアン(ｂ) sr(c) 1（ｂ） m2/m2周波数ヘルツ（ｄ） Hz s-1

ントーュニ力 N m kg s-2圧力 , 応力パスカル Pa N/m2 m-1 kg s-2エネルギー , 仕事 , 熱量ジュール J N m m2 kg s-2仕事率，工率，放射束ワット W J/s m2 kg s-3電荷 , 電気量クーロン AsC電位差（電圧） , 起電力ボルト V W/A m2 kg s-3 A-1静電容量ファラド F C/V m-2 kg-1 s4 A2電気抵抗オーム Ω V/A m2 kg s-3 A-2コンダクタンスジーメンス S A/V m-2 kg-1 s3 A2

バーエウ束磁 Wb Vs m2 kg s-2 A-1磁束密度テスラ T Wb/m2 kg s-2 A-1インダクタンスヘンリー H Wb/A m2 kg s-2 A-2セルシウス温度セルシウス度(ｅ) ℃ K

ンメール束光 lm cd sr(c) cdスクル度照 lx lm/m2 m-2 cd

放射性核種の放射能（ｆ）ベクレル（ｄ） Bq s-1吸収線量, 比エネルギー分与,カーマ

グレイ Gy J/kg m2 s-2

線量当量, 周辺線量当量, 方向性線量当量, 個人線量当量シーベルト

（ｇ） Sv J/kg m2 s-2

酸素活性カタール kat s-1 mol

表３．固有の名称と記号で表されるSI組立単位SI 組立単位

組立量

名称記号 SI 単位で表される数値バール bar １bar=0.1MPa=100kPa=105Pa水銀柱ミリメートル mmHg 1mmHg=133.322Paオングストローム Å １Å=0.1nm=100pm=10-10m海里Ｍ１M=1852mバーン b １b=100fm2=(10-12cm)2=10-28m2

ノット kn １kn=(1852/3600)m/sネーパ NpベルＢ

デジベル dB

表８．SIに属さないが、SIと併用されるその他の単位

SI単位との数値的な関係は、　　　　対数量の定義に依存。

名称記号

長さメートル m質量キログラム kg時間秒 s電流アンペア A熱力学温度ケルビン K物質量モル mol光度カンデラ cd

基本量SI 基本単位

表１．SI 基本単位

名称記号 SI 単位で表される数値エルグ erg 1 erg=10-7 Jダイン dyn 1 dyn=10-5Nポアズ P 1 P=1 dyn s cm-2=0.1Pa sストークス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1

スチルブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2

フォト ph 1 ph=1cd sr cm-2 104lxガル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2

マクスウｪル Mx 1 Mx = 1G cm2=10-8Wbガウス G 1 G =1Mx cm-2 =10-4Tエルステッド（ｃ） Oe 1 Oe　 (103/4π)A m-1

表９．固有の名称をもつCGS組立単位

（c）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため、等号「　　」　　は対応関係を示すものである。

（第8版，2006年改訂）

LA系アスファルト固化体の詰め替え技術の検討 - …JAEA-Technology 2014-039 LA...

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